Lad der blive lys – Kvantemekaniske computere vs den nære fremtid

Nu kunne man jo godt tro at denne artikel handlede om 1. mosebog, men her må jeg skuffe. Den handler derimod om hvad du snart kan købe og hvad du muligvis kan købe i fremtiden.

Det forholder sig nemlig sådan, at nogle forsker i udviklingen af en rigtig kvantemekanisk computer. Og nogle forsker i en delmængde af en kvantemekanisk computer. Basalt set er det forskellen på det lange seje træk og mere kortsigtet forskning. Eller sagt med andre ord: Hvad kan muligvis blive et produkt på sigt og hvad kan du købe i en nær fremtid.

Når man kigger på forskningen, så er følgende generelt vedtaget og erkendt af de store aktører i markedet:

• x86 arkitekturen har snart nået sit maksimale potentiale
• The Machine – den optiske computer – er næste trin i udviklingen
• Kvantemekaniske computere er fremtiden på sigt – hvis det vel at mærke kommer til fungere

Den nuværende status på de forskellige arkitekturer er følgende;

X86
X86 arkitekturen blev udviklet i slutningen af 1970’erne og danner stadig grundlaget for de CPU’er vi anvender i computere i dag. Der er dog bred enighed om at x86-arkitekturen er tæt på at nå sit maksimale potentiale og derfor snart skal pensioneres. Der er dermed et udtalt behov for en ny arkitektur.

The Machine
The Machine – også kaldet ”Exascale Computing” – arkitekturen er stadig under udvikling og forventes at blive et kommercielt tilgængeligt produkt om nogle få år. Der findes allerede flere fungerende prototyper og flere af The Machines teknologier er allerede integreret i produkter der kan købes i dag. The Machine og hele grundideen om at anvende optisk kommunikation er den næste computer-arkitektur og dermed afløseren for x86. Og det samtidig med at der anvendes væsentlig mindre strøm og produceres væsentlig mindre varme. Exascale computing er nødvendig for at kunne lave effektive computer-baserede simulationer. Tidligere anvendte man teori og eksperimenter når man udviklede. I vore dage er computer simulation altafgørende.

Kvantemekaniske computere
Det vurderes at kvantemekaniske computere når en størrelse og et prisniveau hvor de er relevante for almindelige forbrugere i slutningen af 2030’erne og starten af 2040’erne. Vi er således mindst 20 år væk. Ingen kan endnu kvantificere hvad kvantemekaniske computere kan udføre og hvilke implikationer disse har. Men vi ved, at hvis teknologien kommer til at virke, så vil beregninger der med nuværende teknologi tager milliarder af år at udføre, kunne udføres på få minutter.

“Faktisk er kvantecomputere 100 millioner gange hurtigere end en traditionel PC.”

Kvantemekaniske computere kræver en lidt mere uddybende forklaring. Langt de fleste computerkyndige har hørt om det binære talsystem bestående af bits; 1 (=on) og 0 (=off). En kvantemekanisk computer består af qubits (quantum bits); 1 (=on), 0 (=off) eller begge dele samtidig. I marts 2018 præsenterede Google en kvantecomputer med hele 72 qubits, hvilket svarer til at denne kan håndtere 2 i 72’ne potens af beregninger. Således kan kvantecomputere udføre langt flere beregninger end nutidens computere. Faktisk er kvantecomputere 100 millioner gange hurtigere end en traditionel PC. Og 3.600 gange hurtigere end verdens hurtigste supercomputer. En af de allerstørste udfordringer ved kvantecomputere er, at de kun virker ved det absolutte nulpunkt, altså -273 graders celcius. Og det medfører selvfølgelig en række begrænsninger. Du kommer således ikke til at se en kvantecomputer i lommeformat foreløbig.

Men kvantecomputere er ikke velegnet til alt. De er bedst til komplekse problemstillinger der kræver mange beregninger, men de vil ikke få dit mail-program til at køre hurtigere. Og det bringer mig ind på skismet mellem praktisk videnskab og teoretisk videnskab. Hvis man f.eks. kigger på produktionen af CPU’er i dag, så er det at fremstille CPU’er en meget avanceret og teknisk svær disciplin. Men det kan lade sig gøre på en kost-effektiv måde. Mange tror i øvrigt – fejlagtigt – at CPU design og fremstilling af forbeholdt nogle meget få aktører. Sådan forholder det sig ikke i virkeligheden. Faktisk er der mindst 20 forskellige designere og producenter af CPU’er. Nogle er gode til high-end processorer, nogle er gode til mobil/laptop processorer og nogle er gode til såkaldte ”embedded” processorer.

“… mange benytter i dag optisk transmission af data over lange afstande.”

Nogle iagtagere har måske også lagt mærke til, at der nogen gange er mangel på både CPU’er, SSD’er og memory-kredsløb på verdensmarkedet. Dette er ikke et udtryk for spekulation eller kunstig knaphed – dette er et udtryk for en kompleks produktionsproces.På samme måde så er fremstillling af SSD medier også en meget avanceret og teknisk svær disciplin. Men dette kan altså også lade sig gøre på en kost-effektiv måde. En 20MB (skriver: Megabyte) SSD disk kostede i 1995 ca. 1.000$. I dag køber 1.000$ dig ca. 4TB kapacitet. Og vel at mærke kapacitet der er meget hurtigere og meget mere holdbar. Pointen er, at det hjælper ikke noget at opfinde genial teknologi, hvis ikke også det kan lade sig gøre at massefremstille denne til en rimelig pris, således at den kommer alle mennesker til gavn. Og netop her er 1.000$-mærket utrolig vigtigt, da der er en indikator for hvornår en given teknologi kan blive hvermandseje.

Lysbaseret datatransmission har været kendt siden 70’erne og mange benytter i dag optisk transmission af data over lange afstande. Men vi skal faktisk helt frem til 2014 før det lykkedes at skabe mikroskopisk optisk datatransmission. Men med opfindelsen af dette er der skabt basis for at kunne fremstille lysbaserede computere til en overkommelig pris.

“… hybride artikturer – som The Machine – der er delvist kvantebaserede kan købes om nogle få år.”

Metoden til at kunne fremstille denne teknologi er – med få modifikationer – den samme som har været benyttet til elektronik-produktion i mange år. Vi taler om overprovisionering, som basalt set handler om at fremstille mere end der er krævet. Hvis man f.eks. producerer er 18-core CPU, men kun 12 af de 18 cores virker efter hensigten, ja så bliver denne solgt som en 12-core CPU. På samme måde, så fremstiller man måske en 960GB SSD, men det er kun 800GB der rent faktisk fungerer korrekt. Og dermed sælges produktet som en 800GB SSD.

Konklusionen er, at grundforskning er besværligt, dyrt og tidskrævende. Ægte kvantemekaniske computere er dermed mindst 20 år væk, mens hybride artikturer – som The Machine – der er delvist kvantebaserede kan købes om nogle få år.

Hvis du gerne vil vide mere, så kan jeg varmt anbefale at læse ”The top emerging technologies that will shape our future”.